Wirkung abiotischer Faktoren auf die Keimung und das Wachstum von Kressesamen

Umwelteinflüsse     

Inhalt:

1. Einleitung/Problem
2. Hypothesen
3. Material
4. Versuchsaufbau
5. Versuchsdurchführung
6. Versuchsbeobachtungen
7. Versuchsergebnis und Fehlerdiskussion

1. Einleitung/Problem

   Die Ausgangsfrage dieses Projektes ist, inwiefern abiotische Faktoren, d.h. Ökofaktoren chemischer und physikalischer Art, wie etwa Wasser und Licht, die Keimung und das Wachstum von Kressesamen beeinflussen. Können die Samen bei fast vollkommener Dunkelheit oder gar bei Temperaturen um den Gefrierpunkt wachsen? Und wenn sie wachsen, wachsen sie anders als Samen, die bei höheren Temperaturen und viel Licht wachsen? Weiterhin ist zu klären, welche Rolle der Nährboden für das Wachstum der Pflanzen spielt und ob er andere ungünstige Faktoren ausgleichen kann.
   In einer zweiten Versuchsreihe wird die Wirkung des Nährbodens noch genauer untersucht.

2. Hypothesen

   Da Pflanzen lichtabhängig sind, werden sich die Samen, die im Dunklen wachsen, anders entwickeln, als die, die im Licht wachsen. Es ist anzunehmen, dass die Samen, die im Licht stehen, kurze Sprossachsen und normale Blätter entwickeln, die Samen im Dunkeln allerdings werden längere Sprossachsen bilden, die Blätter aber werden verkümmert sein.
   Auch der Nährboden ist für die Pflanzen von Bedeutung. Wasser (aus der Leitung) wird vermutlich geeigneter sein für das Wachstum als der Energy Drink „Red Bull“. Neben Licht- und Nährbodenverhältnissen wird bei dem Versuch auch der Faktor der Temperatur untersucht. Es scheint wahrscheinlich, dass die Ansätze, die bei Temperaturen um den Gefrierpunkt gelagert werden, sich nicht ganz so gut entwickeln wie die Ansätze, die im Zimmer stehen (ca. 22°C).
   In der zweiten Versuchsreihe werden verschieden konzentrierte Salzlösungen, Zuckerlösung, destilliertes Wasser und Mineralwasser getestet. Es wird angenommen, dass die Samen besonders gut im Mineralwasser und in der 0,9%-igen NaCl-Lösung wachsen. Die Samen im destillierten Wasser werden als erste keimen, jedoch bald eingehen, da zu wenige Nährstoffe vorhanden sind. Im Mineralwasser keimen die Samen als letztes, ihre Blätter werden kaum wachsen. Die höherprozentige NaCl-Lösung (9%-ig) wird die Keimung nicht fördern, da der Salzgehalt zu hoch ist.

3. Material
   Kressesamen, 2 Kaffeefilter, 12 Objektträger, 12 Gläser
   Erste Versuchsreihe: Leitungswasser, „Red Bull“ (Zutaten: Wasser, Saccharose, Glucose, Säuerungsmittel Natriumcitrate, Kohlensäure, Taurin, Glucuronolacton, Koffein, Inosit, Vitamine (Niacin, Pantothensäure, B6, B12), Aroma, Farbstoffe)
   Zweite Versuchsreihe: Mineralwasser, Aqua dest.,  0,9%-ige NaCl-Lösung, 9%-ige NaCl-Lösung, 10%-ige Glucoselösung.


4. Versuchsaufbau
   
   Aus dem Kaffeefilterpapier werden sechs Stücke geschnitten, die auf die Objektträger passen und auf diese gelegt werden. Drei Marmeladengläser werden etwa 1cm hoch mit Wasser gefüllt, die drei anderen 1cm hoch mit Red Bull (RB). Nachdem die Filterstücke auf den Objektträgern in die entsprechende Flüssigkeit gehalten wurden, werden jeweils im oberen Drittel der Plättchen neun Kressesamen verteilt. Dann werden die sechs Objektträger mit Samen in die entsprechenden Gläser im Winkel von 45° gestellt und an die für den Versuch bestimmten Orte gestellt, immer zwei Gläser, eines mit Wasser, das zweite mit Red Bull: Zwei Gläser werden in den Schrank gestellt, zwei weitere ans Fenster und zwei auf die Fensterbank.
   
5. Vor Beginn des Versuches werden die Temperaturen der Orte festgestellt: Am Fensterbrett beträgt sie etwa 2°C, im Schrank und am Fenster etwa 22°C.
   Die Ansätze der zweiten Versuchsreihe werden auf dieselbe Art aufgebaut und an einen geeigneten Beobachtungsort gestellt, die Proben sind alle den gleichen Bedingungen ausgeliefert, das Umfeld (Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc.) wird konstant gehalten.

6. Versuchsdurchführung
   Die Ansätze der ersten Versuchsreihe werden sieben Tage lang täglich auf Veränderungen und Unterschiede untersucht, die Ansätze der zweiten Versuchsreihe 20 Tage lang, die Beobachtungen werden protokolliert. 

7. Beobachtungen der ersten Versuchsreihe

   Am ersten Tag zeigen sich bei den Samen, die in Red Bull stehen, keine Reaktionen.
   Drei Samen, die in Wasser im Schrank stehen, haben sich geöffnet, ein Samenkorn von denen in Wasser am Fenster.
   Bis zum zweiten Tag haben sich die Samen, die in Red Bull stehen, wie auch die Samen in Wasser am Fenster und auf der Fensterbank, nicht verändert.
   Bei den Samen im Schrank mit Wasser keimen drei Samen, bei vier haben sich bereits weiße, bis zu 1cm lange Stängel entwickelt.
   Auch bis zum dritten Tag haben sich keine Samen verändert, bis auf diejenigen im Schrank mit Wasser. Die vier Samen, deren Stängel sich bereits am Vortag entwickelt hatten, sind nun etwa 4cm lang und strecken sich nach oben und entlang des Objektträgers. Blättchen sind noch kaum entwickelt, es sind zwei zu erkennen, diese Ansätze sind von gelblicher Farbe. Drei weitere Samen keimen, zwei sind unverändert.
   Wie am Vortag hat sich nur der Ansatz mit Wasser im Schrank bis zum vierten Tag weiterentwickelt. Die vier Samen haben bis zu 7cm lange Sprosse entwickelt, die Blättchen sind noch immer sehr klein und von gelber Färbung. Drei Samen keimen und zeigen keine Veränderung zum Vortag.
   Bis zum fünften Tag haben sich nur zwei Ansätze verändert; der mit Wasser im Schrank und mit Wasser am Fenster. Vier Samen des Ansatzes mit Wasser im Schrank haben nun zu 8,5cm lange Sprosse, wobei sich drei oben teilen, mit je drei Blättchen, d.h., es gibt bei drei Sprossen zwei Blätter und drei kleine Blättchen.
   Die drei keimenden und zwei nicht entwickelten Samen zeigen keine Veränderung zum Vortag. Bei dem Ansatz auf der Fensterbank keimt ein Samen.
   Bis zum Abend des sechsten Versuchstages haben sich wieder nur die zwei Ansätze mit Wasser weiterentwickelt. Die vier Samen des Ansatzes im Schrank haben nun etwa 9cm lange Sprossachsen, sie haben sich also kaum weiterentwickelt, und es keimen vier weitere Samen. Auch bei dem Ansatz am Fenster keimen nun drei Samen.
   Bis zum siebten Versuchstag haben sich die Samen nicht weiterentwickelt.

   Tabelle mit den Beobachtungen der ersten Versuchsreihe

7.  Versuchsergebnis (und Fehlerdiskussion)

Die Ergebnisse der ersten Versuchsreihe stimmen nur teilweise mit den vorher aufgestellten Hypothesen überein.
Red Bull scheint keine geeignete Flüssigkeit zur Keimung für Kresse zu sein, im Gegensatz zu Wasser.
Der Versuch hat gezeigt, dass die Temperatur eine Rolle beim Keimungsprozess spielt, denn die Samen im Kalten haben sich nicht entwickelt. Das Pflanzenwachstum, die Photosynthese und die Atmung sind temperaturabhängige Prozesse. Für ein aktives Wachstum, das Blühen und die Keimung sind im allgemeinen Temperaturen zwischen 0 Grad Celsius und 45 Grad Celsius notwendig, allerdings sind die verschiedenen Temperaturansprüche artspezifisch, die Temperatur am Fensterbrett kann also außerhalb des Toleranzbereiches der Kresse gelegen haben.
Ebenso lässt sich das verlangsamte Wachstum der Samen am Fenster erklären. Obgleich hier anfangs eine Temperatur von 22 Grad Celsius gemessen wurde, ist die Temperatur rasch nach Beginn des Versuches angestiegen, da die Heizung unter dem Fensterbrett hoch gestellt wurde. Somit konnten leider Temperaturen von bis zu 32 Grad Celsius festgestellt werden. Obwohl zumeist eine Temperaturerhöhung, laut RGT-Regel, eine Beschleunigung der Geschwindigkeit chemischer und physiologischer Reaktionen hervorrufen sollte, scheint dies hier nicht der Fall zu sein. Eventuell liegt auch diese Temperatur außerhalb des Toleranzbereiches und eine schnelle Entwicklung war den Samen nicht möglich.
Es lässt sich also feststellen, dass die Kressesamen eine bestimmte Temperatur zum Wachstum benötigen, die innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches liegt.
So kann man sich auch erklären, warum nur die Kresse in der Dunkelheit, also im Schrank, richtige Sprosse entwickeln konnte, obgleich Licht ein wichtiger Faktor für den Wachstumsprozess ist.
Doch es gibt noch andere Erklärungen dies betreffend: Viele Pflanzen blühen nur, wenn sie einer Dunkelperiode von mindestens 12 Stunden ausgesetzt werden (Kurztagspflanzen), hierzu zählen allerdings eher tropische und subtropische Getreidearten.
Ein Phänomen ist das Etiolement bei Keimungsprozessen. Lässt man beispielsweise Bohnen im Dunkeln wachsen, wird die Sprossachse sehr lang (und „sucht“ nach Licht) und die Blätter bleiben verkümmert. Im Licht dagegen wird das Streckungswachstum gehemmt und die Blätter entwickeln sich normal. Auch dies lässt sich auf den Versuch anwenden: Die Samen im Schrank haben sich wie beschrieben entwickelt.
Das vollständige Ergebnis der ersten Versuchsreihe ist also, dass Kresse einen sehr kleinen Toleranzbereich hat, die Temperatur betreffend. Die Lichtabhängigkeit zeigt sich an der Entwicklung der Samen im Schrank: verkümmerte Blättchen, sehr lange Sprossachsen. Und nicht zuletzt zeigt sich die Bedeutung des Wassers und sein Vorteil gegenüber künstlichen Substanzen, die das Pflanzenwachstum verhindern.

Auch die Hypothesen der zweiten Versuchsreihe werden nur teilweise bestätigt:
Nur im destillierten Wasser keimen alle Samen und die Blätter wachsen deutlich sichtbar. Dies lässt sich damit erklären, dass Wasser den Keimvorgang aktiviert. Zunächst sind alle wichtigen Nährstoffe in den Samen enthalten, das destillierte Wasser liefert die nötige Feuchtigkeit. Die Kresse geht allerdings bald wieder ein, denn in destilliertem Wasser sind keine Nährsalze enthalten, diese sind allerdings überlebenswichtig für Pflanzen. Ohne die Mineralstoffe im Wasser können beispielsweise Proteine, wie Enzyme, in der Pflanze nicht gebildet werden.
Dass die Samen in Mineralwasser nicht gewachsen sind, lässt sich also kaum erklären, denn in diesem sind viele Mineralstoffe, wie etwa Mg²⁺, enthalten. Es ist auch möglich, dass ein zu saures Milieu, durch die Kohlensäure verursacht, vorherrschte.
Im Leitungswasser benötigen die Samen längere Zeit um aufzugehen. Die gewachsenen Sprossachsen und Blätter gehen nicht so schnell ein wie bei destilliertem Wasser, da im Leitungswasser Mineralien enthalten sind.
Die Samen mit der Salzlösung konnten sich nicht entwickeln, da den Wurzeln durch die zu hohe Salzkonzentration der Flüssigkeit Wasser entzogen wurde. Aufgrund des osmotischen Gefälles diffundiert Wasser aus der Pflanze, denn in der Salzlösung befindet sich eine hohe Konzentration an Ionen. Die Salzkruste lässt sich damit erklären, dass das Wasser verdunstet ist, das Salz setzt sich ab.
Auch die Samen in der Glucoselösung haben sich nicht entwickelt. Dies lässt sich nur aufgrund mangelnder Mineralien und der Schimmelbildung erklären. Eventuell wurden den Samen durch den Schimmel organische Bestandteile entzogen, sodass sie nicht wachsen konnten. Die weiße Substanz ist vermutlich Glucose oder Stärke, die sich nach dem Verdunsten des Wassers gebildet hat.
Aus diesen Versuchen lässt sich schließen, dass der abiotische Faktor Wasser eine bedeutende Rolle für die Pflanzen spielt.
Für ein schnelles Wachstum benötigen die Kressesamen nur Feuchtigkeit (und Licht), die ihnen destilliertes Wasser bietet, sie sind aber nicht längere Zeit überlebensfähig. Von den betrachteten Lösungen ist Leitungswasser optimal. Die Keimlinge benötigen zwar mehr Zeit um zu keimen, haben allerdings auch eine höhere Lebensdauer. Eine zu hohe (Salzwasser) oder zu niedrige (keine Mineralien, destilliertes Wasser) Konzentration an Salzen schadet den Samen und verhindert die Keimung.